07 Aditivos de Cementación

1 Aditivos de Cementacion

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er PrivatePrograma de Entrenamiento Acelerado

para Ingenieros Supervisores de Pozo


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Condiciones en un Pozo

Temperatura

Formaciones Permeables

Remoción de LodoPresión por FricciónMezclabilidadBombeabilidad

Pérdidas de Circulación

Control PozoSobre Presión

Formaciones Débiles

Retrogresión de la Resistencia

Antiespumantes

Espumantes (Cemento Espumado)

Control de Gas


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CATEGORIA DE ADITIVO SOLUCIONES

ESTABILIDAD DE FLUIDOSCONTROL DE FILTRADO

RETROGRESIÓN DE LA COMPRESION PRODUCTO DE LA HIDRATACION SÍLICA

ESPUMANTES ESTABIL - ESPUMA AGENTES ESPUMANTES

ESPUMA TENDENCIA A LA ESPUMA ANTI-ESPUMA

PERDIDAS DE CIRCULACIONCAPACIDAD DE TAPONARPROPIEDADES DE TAPONDENSIDAD

AGENTES GELIFICANTES

DISPERSANTES

LCM

EXTENDEDORES

REMOCIÓN DE LODO PRESIÓN POR FRICCIÓN MEZCLA / BOMBEABILIDAD

REOLOGÍA

TIEMPO DE FRAGÜE ACELERADORES RETARDADORES

FORMACIONES PERMEABLES FLAC

CONDICIONES ESPECIALES O ANORMALES

PARÁMETRO DE LA LECHADAPROBLEMA

CONTROL DEL POZOSOBRE PRESIÓNFORMACIONES DÉBILES

DENSIDADAGENTES DE PESO

EXTENDEDORES

TEMPERATURA

Condiciones en un Pozo


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Aditivos de Cementación

l Aceleradores y Retardadoresn Cambian el Tiempo de Fragüen Modifican la velocidad de

desarrollo de la resistencia

l Extendedoresn Reducen la densidadn Aumentan el rendimiento

l Agentes de Peson Aumentan la densidad

l Dispersantesn Mejoran la remociónn Mejoran la mezclabilidadn Lechadas de agua reducidan Reducen las presiones por

fricción (Low Ty and Pv)

l Controladores de Filtradol Materiales para pérdida de

circulación (LCM)


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Aditivos Especiales

l Antiespumantes / Desespumantesl Aditivos para mejorar la adherencia l Aditivos Expansivosl Aditivos para controlar la migración de Gasl Sistemas Tixotrópicos


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Conductores

l Previenen el derrumbamiento del Hoyo bajo el equipol El tiempo de espera por el cemento debe ser más corto l Cemento de fraguado rápido - rápido desarrollo del

esfuerzo compresivol Lechadas aceleradas, e.g.:n Cemento Puro + NaCl (D44) 3-5%n Cemento Puro + CaCl2 (S1) 2-4%n Cemento Puro + agua de mar


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Aceleradores

l S001 (CaCl2-sólido) 1 - 4 % BWOCn La pureza debe ser : S001 = 77% CaCl2 concentración

n Reacción Exotérmica

l D044 (NaCl) <10 % BWOW

l Agua de Marn Verificar el comportamiento cerca de los deltas de rios

l D077 (CaCl2-líquido) 0.2 - 0.4 gal/sk

l ARCTIC SET para bajas temperaturas


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Efectos Secundarios del CaCl2

l Aumenta la temperaturan Calor de Solución del CaCl2n Efecto acelerador adicional (en superficie?)n Expansión del revestidor

l Aumenta la reología (gelificación)l Es Posible un aumento en la permeabilidadn Disminuye la resistencia a los sulfatos


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D044 Cloruro de Sodio

l No muy eficiente como aceleradorl Actua como acelerador <10% BWOWl Rango preferido 3-5% BWOWTi

me

to re

ach

100

Bc

Slur

ry c

onsi

sten

cy (h

r)

136°F (58°C)

154°F(68°C)

179°F (81°C)210°F (99°C)

8

6

4

2

00 5 10 15 20 25 30NaCl EN AGUA DE MEZCLA (% BWOW)


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Revestimientos de Superficie

l Zonas no consolidadasl Soporte de los BOPl Grandes volumenes de lechadasl Lechadas ligerasl Lechadas pesadas en la zapatal Lechadas extendidas con lechadas de amarre , e.g.:n Bentonita prehidratada 2-3% 12.8 ppgn Cemento Puro + 0.5-1% S1 15.8ppg


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Densidad de la Lechada

CambiandoCambiandola la densidaddensidad

de la de la lechadalechadaMás livianaMás liviana

Más agua*

•Absorbentes•Materiales ligeros

Densidad másDensidad más bajabaja

Cemento Neto15.6 ppg Clase A15.8 ppg Clase G16.4 ppg Clase H

Más pesadaMás pesada

Menos agua

•Material pesado•Dispersantes

DensidadDensidad más altamás alta


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Extendedores de Cemento

Bentonita

LITEPOZ 3 D035

LITEPOZ 7 D061

Cemento Liviano TXI D911

Diacel D D056

Perlita Expandida D072

Metasilicato de Sodio D079

Silicato de Sodio D075

LITEFIL D124

Cemento Espumado

Microsílica D154 / D155

LiteCRETE*

UltraLiteCRETE *

Densidad de la Lechada (lb/gal)Extendedor o Sistema Ligero6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

1512 14.7

10.8 13.6

12 14.2

11 14.5

10.6 13.8

11 14.5

14.511.5

9 12

1561511

11.2

1310.5

* Mark of Schlumberger

10.57.5


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Clasificación de los Extendedoresl Extendedores base agua

n Aguan Arcillas (Bentonita) - D20, D128n Extendores químicos (Silicatos) - D75, D79

l Sólidos de baja densidadn Puzzolana (Fly ashes) - D35, D56, D61, D602n Kolite y gilsonite - D42, D24n Perlita expandida - D72n Ceniza silica (Microsilica) - D154, D155

l Materiales de muy baja densidadn Nitrógeno - CEMENTO ESPUMADOn Microesferas de cerámica - D124 (LITEFILL)


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Extendedores Bentoniticos

Arcillas Bentoníticas

Tratadas(Mejor Hidratación)

No-Tratadas

MontmorilonitaD020: Agua Fresca

AtapulgitaD128: Agua de Mar

Propiedades Generales•Extendedor base agua•SG = 2.65•Mezclado en seco o pre-hidratado•Concentración 0 - 20% BWOC

•Económico y ampliamente disponible•Disminuye la resistencia a la compr.•Aumenta la permeabilidad•Viscosifica las Lechadas ( + sólidos)


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Extendedores Químicosl Silicatos de Sodio y Metasilicatosn Reaccionan con los cationes en el sistema del cemento (Ca2+, Mg2+)n Forma viscosa, silicato gelatinoso

- Capaz de ligar agua extra- Baja separación de agua libren Reologías bajas para flujo turbulenton Mejores propiedades y mezclabilidad que lechadas bentoníticasn No controla la pérdida de filtrado (usar D112 FLAC)n Bajas concentraciones requeridas relativamenten Ca - El silicato formado actua como aceleradorn Usar retardadors , D110 (or D109)

l D79, METASILICATO DE SODIO - seco ( 0.2-3.0% BWOC)l D75, SILICATO DE SODIO - líquido ( 0.15 -0.60 gal/sk)


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Agregados Ligerosl PUZOLANAS: Tierra Diatomacea (D61, D602) & Ceniza ( D35)

n Reaccionan con el hidróxido de calcio en el cementon Resistencia a salmueras corrosivas ( Sulfatos )n Baja Permeabilidadn Resistencia Termal

l KOLITE (D42) y GILSONITE (D24):n Materiales a base de Carbón de piedra (D42) y Asfalto(D24)n Materiales efectivos para pérdida de circulaciónn Kolite (D42) es inerte

l PERLITA EXPANDIDA (D72)n material inerte y no afecta el tiempo de bombeon Normalmente añadida 2 - 6% BWOC la bentonita previene la flotaciónn Reduce la permeabilidad del cementon Acciones de puente a altas concentraciones

l MICROSILICA (Silica Fume, D154, D155):n Material puzolanicon Buenas propiedades de la lechada


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Extendedores Ultraligeros

lMicroesferas de cerámica, LITEFIL D124n Microesferas de cerámica o vidrion Inertesn Rango de densidad: 8.5 lb/gal a 14.5 lb/gal

l Sistema de cemento espumadon Nitrógeno inyectado en la lechada con espumantesn Muy bajas densidades, > 6.0 lb/galn Buenas propiedades mecánicas


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Antiespumantes

l Que causa la Espuma?n Propiedades de los materiales

n Mala humectación de las partículas sólidas

l Por que usar antiespumantes?n Para prevenir la gelificacion / prevenir una pobre hidratación

n Para prevenir cavitación en las bombas

n Para obtener y bombear una densidad real

l Propiedades de los antiespumantesn Deben ser Insolubles en el fluido espumante

n Deben tener una superficie más áctiva que el fluido espumante


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Revestimientos Intermediosl Secciones de trabajol Cementaciones en 2 etapasl Bajo Costol Lechada de relleno y principal e.g.:n Bentonita prehidratada 2-3%n D75 0.28 gps + 1% S1n 15.8 ppg lechada de amarre

l Todas las lechadas retardadasl Lechadas principales con control de filtrado.


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Retardación de los sistemas de cemento

l AplicacionesnCasings intermedios y de producciónnCementaciones forzadas y tapones de cementonAlta temperatura y profundidad

l Clases de Retardadores Químicosn Lignosulfonatos (D013, D081, D800, D801)nAcidos Hydroxycarboxylicos (D109, D110)nComponentes Inorgánicos (D093, D074)nDerivados Celulosos (D008)nRetardadores mezclados (D028, D150, D121)n (Mezcla de retardadores)


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l Probables Efectos Negativos de los Retardadores en las Lechadas:n Gelificación (ej. Lignosulfonatos)n Dispersiónn Aumento de la Pérdida de Filtradon Incompatibilidadn Retrasan el desarrollo de la resistencia a la compresión

Retardadores


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l UniSET - LT: D177 Retardador de Baja Temperaturan Sal Orgánican Retardador de Baja a media temperaturan Teoría de la Nucleación n No debe ser usado con D075, D155 o cualquier otra forma de nanosílican Es compatible ya sea con agua fresca o de mar

n Baja sensibilidad al tiempo de frague con cambios de temperatura

Propiedades individuales de los Retardadores UniSET


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Propiedades Individuales de los retardadores UniSET

l UniSET - HT: D161 Retardador de Alta Temperaturan Es una mezcla de Sales Organofostática e inorgánicasn Retardador de media a altas temperaturasn Teoría de la Adsorciónn Más tolerante a:

» Variaciones de concentraciones» Variaciones de temperatura» Esfuerzo de corte

n Rápido desarrollo de resistencia a la compresiónn Compatible con sistemas salinos hasta 25% NaCl


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Mecanismos de Retardaciónl Factores que afectan el mecanismo de acciónnNaturaleza química del retardadornComposición química del cemento

l Teorías de los mecanismos de acciónn Teoría de Adsorciónn Teoría de Precipitaciónn Teoría de Nucleaciónn Teoría complexación

l Posibles efectos negativos en las lechadasnGelaciónnDispersiónn Incremento en el filtradon Incompatibilidad


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X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

D13/D81

D13/D81 with Dispersant

D800/D801

D800/D801 with D93/L10

D110

D110 with D93/L10

D28/D150

D28/D150 with D121

D28/D150 with D93

D74 - for RFC only

D177 UNISET LT

D161 UNISET HT

BHCT oFRetardadores

100 200 300 400

140

100 185

125 250

250 310

300175

300 375

220 300

350300

400300

100 140

450

250

100

Fresca Mar 37%NaCl

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

Retardadores

80

250


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Pérdida de Filtrado

l Definiciónn Es el filtrado o fase acuosa, pérdida en la formaciónnRevoque depositado sobre la superficie de la formación

l Porque las lechadas pierden agua?n Presión DiferencialnMedio Permeable (formación)nRelación Agua/cemento? Hidratación

l Etapas de la pérdida de Fluido ( filtrado ):n Pérdida de filtrado dinámican Pérdida de fluido estática


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Efectos de la pérdida de filtrado en las propiedades de la lechada

DISMINUYE AUMENTA

RendimientoAgua LibreTiempo de FragueSedimentaciónEncogimiento VolumétricoRemoción de Lodos (-Efic)Hidrostática (psi/ft)

Densidad de la lechada Viscosidad PlásticaPunto CedenteResistencia CompresivaAdherencia


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Tiempo de Fraguado vs. Densidad

Tiempo de Fraguado

Punto Cedente

160

40

16.415.6

Tiem

po d

e Fr

agua

do(m

in)

Punt

o Ce

dent

e

Densidad de la Lechada (ppg)


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Mecanismos del control de filtrado

l Reducción de la permeabilidad del “enjarre” del cementon Partículas de material rellenando los porosn Partículas de polímeros taponando los porosn Película de polímero sobre la partículas del cemento/porosnCambio en la distribución de las partículas del cemento con dispersantes

l Incrementando la viscosidad de la fase acuosanAdición de polímeros solubles al aguanSolamente reduce la permeabilidad del “enjarre”n Efectos pobres comparados con la reducción de la permeabilidad


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Aditivos para controlar la pérdida de filtrado

Partículas:

l Partículas FLACs: D020, D600G, D500

l Latex FLACs: D600G,D700

Polímeros Solubles en Agua:

l Derivados de la Celulosa: D059, D112

l Polímeros Sintéticos No-Ionicos: D159, D160

l Polímeros Sintéticos (UniFLAC): D167, D168


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Características del UniFLAC*

l UniFlac S: D167 Universal FLAC (Sólido)

l UniFlac L: D168 Universal FLAC (Líquido)

lDiseños más Robustos, Nobles y SimplesnAmplio rango de aplicaciones

nUn set de aditivos puede cubrir completamente las necesidades de todos losrevestidores


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Características del UniFLAC* (Cont.)lVentajas

– Simplicidad al Diseñar– Baja Sensibilidad a los diferentes lotes de cemento– Baja Sensibilidad a las variaciones de temperatura– Sinergia con los retardadores universales (UniSET)– Aceleracion a baja temperaturas

lBeneficios– Un aditivo FLAC para la mayoría de las aplicaciones– Mejoramiento de la calidad de Servicio– Tiempo de Equipo (menos tiempo de espera)


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Rango Operativo FLAC


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Valores Límites de Perdida de Filtrado

Valores Típicos: (prueba API, 1000 psi)

l Prevención de migración de Gas 30 - 50 ml/30 min

l Cementación de Liners < 50 ml/30 min

l Cementación de Revestidores 200 – 300 ml/30 min

l Cementación de pozos Horizontales < 50 ml/30 min

l Forzamientos

n Formaciones con K < 1 md 200 ml/30 min

n Formaciones entre 1<K<100 md 100 - 200 ml/30 min

n Formation con K>100 md 35 - 100 ml/30 min

l Lechadas de Alta Densidad < 50 ml/30 min


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Dispersantes con FLACs

Mecanismos de acción:l Dispersan los granos de cemento, mejorando el empaque, reduciendo la

permeabilidadl Floculados con sal, acción de taponamento

SIN DISPERSANTE CON DISPERSANTEREVOQUE

EMPAQUE ALEATORIO

ALTA PERMEABILIDAD

EMPAQUE ORDENADO

BAJA PERMEABILIDAD


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DispersantesReología de las LechadasnVolumen de partículas sólidas / volumen total de fluidon Interacciones entre las partículasnReología de la fase acuosa

Se puede cambiar con los dispersantes

Porque usar dispersantes?nReducen la viscosidad y punto cedenten Flujo Turbulento es mas fácil de alcanzar nReducen las presiones debido a la fricciónnMejoran la mezclabilidad de las lechadas (Ty más bajo)n Lechadas de agua reducida (densidades de hasta 18 lb/gal)nMejoran la eficiencia de los aditivos para control de filtrado


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Tipos de Dispersantes

Sulfonadosl Polinaftaleno Sulfonato de Sodio (PNS) D065, D080l Polimelaminas Sulfonadas (PMS) D145A l Polimeros Aromaticos D065A, D080Al Polimeros Organicos D604M, D604AM

Lignosulfonatosl Acido Hidroxicarboxílico derivado D081de la Lignital Acidos Hidroxicarboxílicos D121


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Acción del dispersante

POLYCEMENTO

C2SH- + Ca + - 03S

C2SH - + Ca + - 03SDISPERSANTEMOLECULA

•La cantidad del dispersante absorbido depende de la concentración•La superficie de los granos de cemento se convierten uniformemente negativos•Las señales se repelen uno a otro ---> dispersión

SO33

SO33


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Rango de trabajo del dispersante D80 en Cementos ETD vs DTD

YP

(lb/1

00ft2

)20

15

10

5

5

10

15

20

30

5

10

15

20

30BAJODISPERSO

25

0.00 0.05 0.15 0.250.200.10

D80 (gal/sk)

25

SOBREDISPERSO

Yp

AGUA LIBRE

VISCOSIDADVISCOSIDAD PLASTICA(cp)15

AGUALIBRE (%)

D80

NOTA: CON CEMENTO ETD A 186°F


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Densidad de la Lechada

Cambiando Cambiando la la densidad densidad

de la de la lechadalechadaMás livianaMás liviana

Más agua*

•Absorbente•Material Lig

DensidadDensidad másmás bajabaja

Cemento Neto15.6 ppg Clase A15.8 ppg Clase G16.4 ppg Clase H

Más pesadaMás pesada

Menos agua

•Material pesado•Dispersante

Densidad másDensidad más altaalta


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Agentes de Peso

lRequerimientosn Gravedad Específica Altan Tamaño y distribución de partículas Compatible (Sed)n Baja Adsorción de agua (eficiencia)n Disponibilidad y costo aceptable n Pureza y consistencia del producton Inerte


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Agentes de Peso Comunes

Agua Adicional

gal/lb

D031 Barita 4.22 0.0240

D076 Hematita 4.95 0.0023

D907 Cemento 3.2 0.0529

D157 (tetraoxido de Mn) Mn3O4 4.7 - 4.9

CODIGO AGENT SG


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Retrogresión l Por encima de 230 deg F la temperatura estática (BHST) desestabiliza

el cemento, causando:n Una reducción en la resistencia compresiva

n Un incremento en la permeabilidad

l Efecto causado por la conversión del gel C-S-H

l Se previene agregando de 30 a 40% BWOC de silica, reduciendo la relación C/S ratio del gel C-S-H


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Arena de Sílica D030 y Harina de Sílica D066

PROPIEDAD D030 - Arena de Silica D066 Harina de SilicaTamaño de partículaTamaño de malla US

~10% +12%1.12 gal/sk 1.34 gal/sk

Gravedad Específica 2.63 2.63

Alta densidad Preferida AlternativaBaja densidad Alternativa PreferidaSedimentación Alternativa PreferidaMezclabilidad Preferida Alternativa

Por encima de 300deg F Alternativa Preferida

Agregar agua

Applicaciones

70 - 200 >200


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Aditivos Antisedimentantes

l Los aditivos antisedimentantes reducen:n El agua libren La sedimentaciónn La inestabilidad de las lechadas

l Son compatibles con todos los productos de cementaciónl Solo afectan la reología de la lechadal Rango de temperatura : hasta 300 deg Fl Agente antisedimentante: D153: 0.1 - 1.5 % BWOCl Antisedimentante líquido: D162: 0.005 - 0.025 gal/sk


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Conclusiónl Grupos de Aditivos

lMecanismos de Acción

l Propiedades Individuales

l Proposito de agregarlos al cemento


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Nuevos FLACs D300

l Control de filtrado ajustablel Bajo Costol No efectos de retardación a baja temperatural Rango de Temperatura de trabajo en agua dulce: arriba 230 Fl Rango de densidad : 12.5 to 15.8 ppgl Rango de Concentración: 0.35 to 1.1 gps (misma p/ cualquier densidad)l Sal arriba de 10%BWOWl Compatible con S1; mejor extendido con D75l Incompatible con D80 y D20


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Nuevo HT Retardador D161l Retardador de media a alta temperatural Bajo Costo - reduce el WOCl Controlable y predecibles tiempos de fraguen Pruebas de laboratorio reproduciblesn Rápido desarrollo del esfuerzo compresivon Menor sensibilidad a pequeñas concentraciones/errores de mezcla

l Rango de temperatura de trabajo: 250 to 450 F (agua dulce)l Rango de densidad: 14 a 18 ppgl Rango de concentración: 0.6 to 2.5 gpsl Efecto sinergético con D158/D159l Incompatible con D600G y D134

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